CC BY
3УДК 622.23.05
Ламердонов З. Г., Хамукова И. А.
Lamerdonov Z. G., Khamukova I. A.
ПРОВОЛОЧНЫЕ АНКЕРНЫЕ СИСТЕМЫ НА ГОРНЫХ ЛАНДШАФТАХ И НЕКОТОРЫЕ ВАРИАНТЫ ИХ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ
WIRE ANCHOR SYSTEMS ON MOUNTAIN LANDSCAPES AND SOME VARIANTS OF THEIR PRACTICAL APPLICATION
В работе предлагаются инновационные разработки проволочных анкерных систем (Ноу-хау). Приведены некоторые результаты натурных обследований экологической обстановки объектов природообустройства и сделаны некоторые предложения по решению стоящих проблем. Приводятся конструктивные решения проволочных анкеров с различными вариантами наконечников. Приводятся результаты экспериментальных исследований, методические рекомендации и теория по расчету проволочных анкеров. В основе теории расчета проволочных анкеров лежит условие статического равновесия реактивных и активных сил. Сделана сравнительная оценка работы модели проволочного анкера со свайным. Сравнительная оценка показала, что несущая способность проволочного анкера в десятки раз больше свайного. Приведены устройства для установки проволочных анкеров, основанные на забивке с помощью ударных молотов. Описана технология и конструкция установки проволочных анкеров, запатентованная в Российской Федерации. Приводятся варианты практического использования инновационных разработок в природообустройстве природных ландшафтов: в сельском хозяйстве для совершенствования шпалерных систем в интенсивном горном садоводстве и виноградарстве; в гидротехнике для закрепления откосов дамб; для закреплений столбов линий электропередач; для повышения несущей способности фундаментов в промышленном и гражданском строительстве и т.д. Все инновационные разработки запатентованы в Российской Федерации.
Ключевые слова: природные ландшафты, нескальные основания, оползни, проволочные анкерные системы, наконечники, штанга, ударные установки.
The paper proposes innovative investigations of wire anchor systems (know-how). Some results of field surveys of the environment are presented and some methods of are solving the problems are carried out. Structural solutions of wire anchors with various options of tips are given. The results of experimental studies, guidelines and theory for the calculation of wire anchors are given. YOU are based on the theory of calculation of wire anchors is the condition of static equilibrium of reactive and active forces. A comparative assessment of the work of a model of wire anchor with pile. A comparative assessment showed that the bearing capacity of a wire anchor is tens of times greater than the pile one. Devices for installing wire anchors based on driving with hammer hammers are given. The technology and design of the installation of wire anchors, patented in the Russian Federation, are described. Variants of the practical use of innovative developments in environmental management of natural landscapes are presented e.g.: in agriculture for improving trellis systems in intensive mountain gardening and viticulture; in hydraulic engineering for fixing slopes of dams; for fastening poles of power lines; to increase the bearing capacity of foundations in industrial and civil engineering, etc. All innovative developments are patented in the Russian Federation.
Key words: natural landscapes, non-rocky foundations, landslides, wire anchor systems, tips, rod, drum sets.
Ламердонов Замир Галимович -
доктор технических наук, профессор кафедры природообустройства, ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ, г. Нальчик
Хамукова Инна Аликовна -
аспирант, ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский
ГАУ, г. Нальчик
Lamerdonov Zamir Galimovich -
Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Environmental Engineering, FSBEI HE Kabardino-Balkarian SAU, Nalchik
Hamukova Inna Alikovna -
graduate student, FSBEI HE Kabardino-Balkarian SAU, Nalchik
Введение. Важной проблемой во всем мире является защита природных ландшафтов от эрозионных и оползневых процессов, вызванных потоками воды, обрушений, горных склонов, откосов дорог (См. рис. 1). На сегодняшний день учеными и исследователями разработано множество вариантов для решения таких проблем, но наиболее популярными из них являются защитные подпорные сооружения и дамбы с укрепленными откосами [1, 2, 3]. Накоплен и зарубежный опыт по решению этих проблем, освещенный в работах зарубежных ученых [4, 5]. Важным элементом, усиливающим статическую устойчивость этих сооружений на нескальных грунтах, является устройство анкеров, среди которых в настоящее время основными являются анкерные сооружения, использующиеся для закрепления свайных и арматурных конструкций, которые забиваются в грунт и усиливают статическую устойчивость за счет сил трения о боковую поверхность.
Рисунок 1 - Характерное состояние откосов на горных дорогах
Метод проведения работ. Нами, в рамках нашей научной школы, разработаны и
внедряются в производство проволочные анкерные системы (Ноу-хау), как наиболее эффективные и дешевые технические решения [6].
Работа проволочных анкерных систем разных конструкций основана на захвате непосредственно примыкающего грунта к наконечнику, что и повышает выдергивающее усилие и это позволяет наиболее эффективно использовать прочностные свойства металла. Нами разработаны несколько вариантов конструктивных решений наконечников, такие как: зонтиковые, конусные и другие.
Детально исследовались анкеры: с коническими и поворотными наконечниками (Рис. 2). На основе условия статического равновесия сил активные и реактивных, получена теория по обоснованию проволочных анкеров [6, 7].
Экспериментальная база, ход исследования. Экспериментальные исследования проволочных анкеров и обычных анкеров показали, что сила выдергивания Р1 модели свайного анкера диаметром 12 мм, заглубленного на 60 см, была равна примерна 5^6 Н, а сила выдергивания Р2 проволочного анкера с конусным наконечником с диаметром основания конуса 15 мм была равна примерно 130^140 Н, отношение Ро
р2 = 20 25.
Л
Величина силы выдергивания Р1 свайного анкера определяется из следующего выражения:
(1)
где:
Р1 - сила выдергивания свайного анкера,
Н;
01 - вес свайного анкера, Н;
¥1 -сила трения свайного анкера о грунт,
Н.
Величина силы трения анкера о грунт F1 при выдергивании свайного анкера определяется из выражения:
где: и - периметр свайного анкера;
Л] -диаметр свайного анкера; "" - расчетное удельное трение грунта о поверхность свайного анкера; I - МОЩНОСТЬ ! слоя грунта, .
а) б)
Рисунок 2 - Схемы к расчету проволочных анкеров: Р1 - сила выдергивания свайного анкера; Л - диаметр свайного анкера; fí¡fz'f'¡ - удельное слоев грунта; 'гДз -мощность слоев грунта; Р? - сила выдергивания из грунта проволочного анкера; О] - вес проволочного анкера; £ — глубина заглубления проволочного анкера; 02 - вес поднимаемого грунта; О — диаметр верхнего основания; а - схема к расчету обычного анкера; б - схема к расчету проволочного анкера; 1 - поверхность земли; 2 - свайный анкер; 3 - конусный наконечник; 4 -трос; 5 - подъемный пазух.
Результаты исследования. Таким образом, силу выдергивания Р1 для свайного анкера определяем из выражения:
Сила выдергивания Р2 проволочного анкера определяется из выражения:
0
Р.
2 + Сг + Г2
(4)
где:
Р2 - сила выдергивания из грунта проволочного анкера, Н;
G2 - вес поднимаемого грунта, Н;
F2 - сила трения поднимаемого грунта о примыкающий грунт по поверхности среза, Н.
Расчет прочности поперечного сечения троса As, прикрепленного к наконечнику, осуществляется по формуле: Гг Уе
л,
Уп
(5)
■ расчетное сопротивление троса; - коэффициент условий работы тро-
где: Д
Ус
са;
'■_■ - коэффициент условий работы, учитывающий концевые анкерные соединения;
.1 '„ - коэффициент надежности, учитывающий капитальность сооружения.
Разработаны технологии установки про- (Рис. 3, 4), с помощью забивки направляю-волочных анкеров на горных труднодоступ- щей штанги [6, 7]. ных для механизированной техники местах
а)
б)
Рисунок 3 - Способ установки проволочных анкеров с помощью двух и более ударных молотов: а) вариант забивки с двумя молотами; б) разрез А-А на рисунке 1; 1 - проволочный анкер; 2 - проволока; 3 - конический наконечник; 4 - направляющая штанга; 5 - земля; 6 - упор; 7 - ударные молоты; 8 - телескопическая рукоятка; 9 - шарнир; 10 - опора; 11 - ось вращения; 12 - петли; 13 -прокладка; 14 - закрутка; 15 - штырь.
Рисунок 4 - Противоэрозионное сооружение на горном склоне заанкерованное
проволочными анкерами: 1 - откос; 2 - засеянная трава; 3 - солома и другой природный материал; 4 - плетеная сетка; 5 -проволочные анкеры.
На все способы установки проволочных анкеров получены патенты как на изобретение. Суть способа состоит в том, что проволочный анкер с наконечником вставляется в направляющую штангу и забивается в грунт на требуемую глубину. После чего направляющая штанга извлекается из грунта, а проволочный анкер остается [10]. Для установки проволочных анкеров на горных склонах на-
ми разработаны специальные забивные устройства с помощью ударных молотов (рис. 3) [11, 12]. Для этого на направляющей штанге закрепляется нижний и верхний упоры. Между ними на штанге установлен ударный молот, имеющий телескопическую рукоятку. При забивке направляющей штанги оператор ударным молотом ударяет о нижний упор. Для усиления удара между
ударным молотом и верхним упором предусмотрена возвратная пружина. По мере заглубления направляющей штанги нижний и верхний упор поднимаются вверх [7]. Авторами разработаны и запатентованы забивные устройства с двумя и более ударными молотами (рис. 3), позволяющие значительно быстрее с затратами меньших усилий забивать в грунт проволочные анкеры [11].
Область применения результатов. Важным вариантом практического применения проволочных анкеров на горных территориях является закрепление противоэрозионных и противооползневых сооружений проволочными анкерами, с помощью разработанных авторами забивных устройств на большую глубину [12, 13]. Например, противо-эрозионное сооружение из плетенной сетки, покрывающей солому или другой природный материал (Рис.5), который защищает от смыва засеянную траву на откосе, патент РФ № 2318096 [14].
Предлагаемое техническое решение эффективно использовать и как противооползневое сооружение. Такие недорогие приспособления как проволочные анкеры, позволяют значительно увеличить статическую устойчивость противоэрозионных и противооползневых сооружений [14].
Проволочные анкеры найдут большое применение в горном деле, природоохранном и гидротехническом строительстве для анкеровки откосных креплений защитных дамб на реках и других целей [15, 16], также
Литература
1. Хаширова Т.Ю. Охрана горных и предгорных ландшафтов управлением твердого стока. Нальчик: Полиграфсервис и Т, 2007. 220 с.
2. Хаширова Т.Ю. Защитные сооружения для предотвращения чрезвычайных ситуаций на реках Северного Кавказа // Экология и промышленность России. 2006. № 12. С. 1618.
3. Ламердонов З. Г. Инновационные технологии защиты берегов рек. Нальчик: По-лиграфсервис и Т, 2012. 236 с.
4. Gupta H.K. Solid Earth Geophysics: encyclopedia. Switzerland: Springer, 2011. 1578 p.
5. Read J., Stacey P. Guidelines for open pit slope design. Australia: CSIRO, 2009. 496 p.
планируется использовать их при чрезвычайных ситуациях как противостихийные сооружения для закрепления столбов и деревьев, при строительстве фундаментов, при закреплении откосных креплений на дамбах и т.д. [17, 18].
Разработаны и внедряются в сельское хозяйство инновационные разработки по совершенствованию шпалерных систем в интенсивном горном садоводстве и виноградарстве [8].
В настоящее время начаты и продолжаются работы по разработке и исследованию перспективных конструкций комбинированных анкеров, запатентованных в РФ, которые задуманы для эффективной работы как свайные, так и анкерные устройства [19].
Выводы. В заключении можно сделать следующие выводы: разработаны и запатентованы новые способы закрепления противо-эрозионных и противооползневых сооружений с помощью проволочных анкерных систем; приводится описание теоретических аспектов и методических рекомендаций по их расчету и проектированию; разработаны способы и устройства по установке проволочных анкеров; приводятся возможные варианты практического применения проволочных анкерных систем на горных территориях; продолжаются работы по разработке и исследованию перспективных конструкций комбинированных анкеров.
References
1. Khashirova T.YU. Okhrana gomykh i predgornykh landshaftov upravleniyem tverdo-go stoka. Nal'chik: Poligrafservis i T, 2007. 220 s.
2. Khashirova T.YU. Zashchitnyye sooruz-heniya dlya predotvrashcheniya chrezvychay-nykh situatsiy na rekakh Severnogo Kavkaza // Ekologiya i promyshlennost' Rossii. 2006. №12. S. 16-18.
3. Lamerdonov Z.G. Innovatsionnyye tekh-nologii zashchity beregov rek. Nal'chik: Poligrafservis i T, 2012. - 236 s.
4. Gupta H.K. Solid Earth Geophysics: encyclopedia. Switzerland: Springer, 2011. 1578 s.
5. Read J., Stacey P. Guidelines for open pit slope design. Australia: CSIRO, 2009. 496 s.
6. Ламердонов З.Г., Хаширова Т.Ю., Ла-мердонов К.З. Экологические проблемы горных территорий и некоторые варианты их решения с помощью анкерных систем // Экология и промышленность России. 2019. №2. С. 10-14.
7. Еналдиева М.А. Охрана оползневых участков противооползневыми сооружениями - проволочными анкерами с коническими и поворотными наконечниками: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / ФГОУВПО «Кубанский государственный аграрный университете». Краснодар, 2016. 178с.
8. Ламердонов З.Г. Совершенствование шпалерных систем в интенсивном горном садоводстве и виноградарстве // Техника и оборудование для села. 2017. №9. С. 26-30.
9. Пат. 2486316 РФ, МПК Е02D 17/20. Устройство для анкеровки противооползневых сооружений / З.Г. Ламердонов, М.А. Еналдиева; заявл. 04.05.2011; опубл. 27.06.2013. Бюл. № 31.
10. Пат. 2486317 РФ, МПК Е02D 17/20. Проволочный анкер с коническим наконечником / З.Г. Ламердонов, М.А. Еналдиева; заявл. 04.05.2011; опубл. 27.06.2013. Бюл. №18 .
11. Пат. 2543251 РФ, МПК E02D 5/80. Способ установки проволочных анкеров / Т.Ю. Хаширова, Л.К. Кильчукова, З.В. Апа-насова, М.А. Еналдиева, З.Г. Ламердонов; заявл. 31.10.2013; опубл. 27.02.2015. Бюл. №6.
12. Пат. 2541964 РФ, МПК E02D 5/80. Устройство для установки проволочных анкеров на склонах и оврагах / Т.Ю. Хаширова, З.В. Апанасова, Л.К. Кильчукова, М.А. Еналдиева, З.Г. Ламердонов; заявл. 29.10.2013; опубл. 20.02.2015. Бюл. №5.
13. Пат. 2579034 РФ, МПК E02D5/80. Способ установки проволочных анкеров на большую глубину / З.Г. Ламердонов; заявл. 16.03.2015; опубл. 27.03.2016. Бюл.№ 9.
14. Пат. 2318096 РФ, МПК E02D 17/20. Способ возведения противоэрозионной защиты склонов / Т.Ю. Хаширова; заявл. 16.05.2006; опубл. 27.02.2008. Бюл. №6.
15. Пат. 2579032 РФ, МПК E02D17/20. Способ закрепления откосных креплений дамб / З.Г. Ламердонов; заявл. 11.02.2015; опубл. 27.03.2016. Бюл. №9.
6. Lamerdonov Z.G., Khashirova T.YU., Lamerdonov K.Z. Ekologicheskiye problemy gomykh territoriy i nekotoryye varianty ikh re-sheniya s pomoshch'yu ankernykh sistem // Ekologiya i promyshlennost' Rossii. 2019. №2. S. 10-14.
7. Yenaldiyeva M.A. Okhrana opolznevykh uchastkov protivoopolznevymi sooruzheniyami - provolochnymi ankerami s konicheskimi i po-vorotnymi nakonechnikami: dissertatsiya na soiskaniye uchenoy stepeni kandidata tekhni-cheskikh nauk / FGOUVPO «Kubanskiy gosu-darstvennyy agrarnyy universitete», Krasnodar, 2016. 178 s.
8. Lamerdonov Z.G. Sovershenstvovaniye shpalernykh sistem v intensivnom gornom sa-dovodstve i vinogradarstve // Tekhnika i oboru-dovaniye dlya sela. 2017. №9. S. 26-30.
9. Pat. 2486316 RF, MPK Ye02D 17/20. Ustroystvo dlya ankerovki protivoopolznevykh sooruzheniy / Z.G. Lamerdonov, M.A. Yenaldiyeva; zayavl. 04.05.2011; opubl. 27.06.2013. Byul. № 31.
10. Pat. 2486317 RF, MPK Ye02D 17/20. Provolochnyy anker s konicheskim nakonechni-kom / Z.G. Lamerdonov, M.A. Yenaldiyeva; zayavl. 04.05.2011; opubl. 27.06.2013. Byul. №18 .
11. Pat. 2543251 RF, MPK E02D 5/80. Spo-sob ustanovki provolochnykh ankerov / T.YU. Khashirova, L.K. Kil'chukova, Z.V. Apa-nasova, M.A. Yenaldiyeva, Z.G. Lamerdonov; zayavl. 31.10.2013; opubl. 27.02.2015. Byul. № 6.
12. Pat. 2541964 RF, MPK E02D 5/80. Ustroystvo dlya ustanovki provolochnykh ankerov na sklonakh i ovragakh / T.YU. Khashirova, Z.V. Apanasova, L.K. Kil'chukova, M.A. Yenaldiyeva, Z.G. Lamerdonov; zayavl. 29.10.2013; opubl. 20.02.2015. Byul. №5.
13. Pat. 2579034 RF, MPK E02D5/80. Spo-sob ustanovki provolochnykh ankerov na bol'shuyu glubinu / Z.G. Lamerdonov; zayavl. 16.03.2015; opubl. 27.03.2016. Byul.№ 9.
14. Pat. 2318096 RF, MPK E02D 17/20. Sposob vozvedeniya protivoerozionnoy zashchi-ty sklonov / T.YU. Khashirova; zayavl. 16.05.2006; opubl. 27.02.2008. Byul. №6.
15. Pat. 2579032 RF, MPK E02D17/20. Sposob zakrepleniya otkosnykh krepleniy damb / Z.G. Lamerdonov; zayavl. 11.02.2015; opubl. 27.03.2016. Byul. №9.
16. Пат. 2579035 РФ, МПК E02D17/20. Способ закрепления дамб на низовом откосе / З.Г. Ламердонов; заявл. 13.02.2015; опубл. 27.03.2016. Бюл.№9.
17. Пат. 2581172 РФ, МПК E02D17/20. Способ установки столбов / З.Г. Ламердонов; заявл. 13.02.2015; опубл. 20.04.2016. Бюл.№11.
18. Пат. 2583440 РФ, МПК E02D12/20 , E02D17/20. Способ укрепления столбов проволочными анкерами / З.Г. Ламердонов; за-явл. 16.02.2015; опубл. 10.05.2016. Бюл.№ 13.
19. Пат. 188078 РФ E02D5/80. Комбинированный анкер / З.Г. Ламердонов, И.А. Ха-мукова; заявл.10.12.2018; опубл. 28.01.2019. Бюл.№10
16. Pat 2579035 RF, MPK E02D17/20. Spo-sob zakrepleniya damb na nizovom otkose / Z.G. Lamerdonov; zayavl. 13.02.2015; opubl. 27.03.2016. Вуи1.№9.
17. Pat 2581172 RF, MPK E02D17/20. Sposob ustanovki stolbov / Z.G. Lamerdonov; zayavl. 13.02.2015; opubl. 20.04.2016. Вуи1.№11.
18. Pat. 2583440 RF, MPK E02D12/20 , E02D17/20. Sposob ukrepleniya stolbov provo-lochnymi ankerami / Z.G. Lamerdonov; zayavl. 16.02.2015; ориЬ1. 10.05.2016. Вуи1.№ 13.
19. Pat. 188078 RF E02D5/80. KomЫmro-vannyy anker Z.G. Lamerdonov, I.A. Khamuko-va; zayavl.10.12.2018; opubl. 28.01.2019. Вуи1.№10
